Голицын стал одним из авторов «Декларации о вооруженном нейтралитете». В письме Н.И. Панину от 18 февраля 1780 года он подробно обосновывал необходимость подписания союзного договора с Голландией, Данией и Швецией по вопросам защиты торговли и мореплавания при сохранении нейтралитета по отношению к воюющим сторонам. Видимо, своим письмом он убедил Екатерину II в необходимости подписания Декларации и заверил в союзническом расположении Голландии. Подтверждением этому служит тот факт, что письмо Голицына было зарегистрировано в канцелярии Коллегии иностранных дел 26 февраля, а 27-го Екатерина II подписала «Декларацию о вооруженном нейтралитете».

В конце 1782 года Д.А. Голицын был отозван из Голландии с присвоением ему ордена Св. Анны 1-й степени и назначением посланником в Турин, столицу Сардинского королевства, что было расценено им как почетная ссылка. Одной из причин подобной немилости явилась, по-видимому, слишком независимая позиция российского дипломата, а также его чересчур тесное знакомство с американскими лидерами, да еще и в обход российского двора. Косвенным доказательством этому служит письмо А.А. Безбородко к И.А. Остерману, где он указывал на необходимость поставить Голицына в известность, что не следует принимать от американцев подарков и писем. В 1783 году Д.А. Голицын счел за лучшее выйти в отставку и полностью посвятить себя науке.

Первое время после отставки Голицын жил в Гааге. В 1785 году он перевел на французский язык и издал книгу К.И. Таблица «Физическое описание Таврической области по ее местоположению и по всем трем царствам природы» со своими комментариями. Опубликовал он и несколько работ по электричеству: «Письмо о некоторых предметах электричества», «Наблюдения за естественным электричеством посредством воздушного змея».

Заинтересовавшись минералогией, Голицын занялся сбором образцов и в 1792 году предложил собственную классификацию минералов. Его «Трактат, или Сокращенное и методическое описание минералов» выдержал в Европе пять изданий. В 1793 году Голицын переехал в город Брауншвейг в Нижней Саксонии, где и умер 23 февраля 1803 года.

Имя князя Дмитрия Алексеевича Голицына было хорошо известно в научных кругах Европы. Еще во время дипломатической работы 15 октября 1777 года он был избран членом-директором Голландского общества наук; 3 апреля 1778-го – иностранным членом Брюссельской академии наук и художеств; 13 октября 1778-го – почетным членом Петербургской академии наук. В дальнейшем Голицын серьезно занимался физикой, химией, минералогией, создал свою экспериментальную лабораторию, изобрел самую мощную в то время электростатическую машину. Он составил и уникальную коллекцию минералов, которую в 1802 году подарил Ленскому минералогическому музею, написал один из первых минералогических словарей.

Научная слава Д.А. Голицына возрастала: в 1788 году он был избран иностранным членом Шведской академии наук; в 1793-м – членом Берлинской академии наук; в 1798-м – членом Лондонского королевского общества; в 1799-м – почетным членом Минералогического общества в Йене, а затем в том же году стал его президентом. В 1798 году Д.А. Голицын был избран членом Российского Вольного экономического общества, в сборниках трудов которого опубликовал немало статей.

Общественно-политические интересы Д.А. Голицына сосредотачивались главным образом в области экономики – он был убежденным сторонником учения физиократов. Взгляды Голицына на закономерности развития любого, в том числе и российского общества нашли отражение в его капитальном труде «О духе экономистов, или Экономисты, оправданные от обвинения в том, что их принципы легли в основу Французской революции». Само название книги ясно говорит о том, что написать ее автора побудило желание опровергнуть начавшее распространяться тогда мнение, что именно учение «физиократов» (или «экономистов», как они сами себя называли) стало причиной Великой французской революции.

Согласно Голицыну, для процветания любой страны, роста ее богатства и культуры необходимо в первую очередь поддерживать земледелие. Для этого прежде всего следует повысить производительность труда, что возможно сделать только предоставлением личной свободы и права собственности непосредственному производителю. Причем наиболее важна здесь именно собственность: «Свобода распоряжаться избытками или, точнее, богатством является движущей причиной плодородия полей, разработки недр, появления изобретений, открытий и всего того, что может сделать нацию цветущей». При этом Голицын советовал четко определить, что такое собственность, и в обязательном порядке закрепить право собственности за непосредственными землепользователями, т. е. крестьянами.

Основная идея программы Голицына по решению проблемы крепостничества – необходимость правового регулирования отношений между помещиками и крестьянами. Это могло быть достигнуто дарованием крестьянам собственности, под которой Голицын понимал: 1) освобождение крестьян, т. е. «обеспечение их права собственности на собственную личность, без которого немыслимы все другие виды собственности»; 2) «собственность движимую, то есть пожитки и пр.»; 3) «позволение тем, кто в силах, покупать землю на собственное имя и владеть ею подобно нам, господам, что со временем образовало бы их поземельную собственность…».

Однако при существующих законах и порядках в России невозможно защитить крестьянина от тирании помещика; крестьянская собственность осталась бы призрачной даже в случае ее признания. Потому, размышлял далее Голицын, за дарованием права собственности должно последовать учреждение контролирующего института «странствующих судей», обязанности которых будут состоять «единственно в том, чтобы защитить крестьян от тирании помещика». Таким образом, Голицын задумывался и о практической реализации своих идей. Правда, он полагал, что для успеха начинания пример должна подать сама императрица, освободив своих собственных крестьян. Тогда, по мнению Голицына, и большинство русских дворян последовали бы царскому примеру. Будучи убежденным противником крепостничества, Голицын предлагал освобождение крестьян без земли, с тем чтобы те, арендуя у помещиков землю, которую до этого и обрабатывали, платили ему арендную плату.